一种纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法及设备。方法步骤为：调节原水的pH值、过滤分离废水、对过滤水进行升温、纳米膜处理过滤水，以及余热回收和输出净化产品水。设备包括：反应装置、提升泵、前置过滤器、保安过滤器、热能回收装置、换热器及纳米膜蒸馏系统。本发明的优点是：方法处理废水的效率高；有效截留废水中的COD和无机盐离子；能量消耗低，可利用工业生产的余热作为渗透推动力；处理过程简单，运行稳定；该方法可实现废水的净化，提高废水的回收率。该设备整机占地少，结构紧密，操作简单，易于控制，容易维护，运行费用低；设备对废水中溶解性固体、氯、低pH值或生物污染不敏感，无需复杂的预处理工序，无膜结垢问题。
【专利说明】一种纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法及设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法及设备，是一种纳米膜技术与蒸馏技术相结合处理与回用高浓度复杂废水方法及设备。
【背景技术】
[0002]现有的膜蒸馏技术存在以下不足之处:
1、膜蒸馏技术在海水淡化和白酒提质领域得到广泛的应用，在核工业、印染业、药业和食品业有少部分应用，但应用在高浓度复杂废水方面非常稀少。现有的膜蒸馏技术采用的膜多数为中空纤维膜，少部分采用螺旋式、平板式和卷式膜组件；大多数为微孔膜，少部分用到了纳米膜。其共同点是大部分膜蒸馏技术都采用减压膜蒸馏的形式，采用渗透气化的装置系统，膜组件为疏水性微孔膜，其基本原理是被分离物质的热溶液通过膜时，产生选择性的传质现象，在膜的另一侧产生气态物质，经过冷凝变成液体，其驱动力为膜两侧的压力差和被分离物质的蒸汽压差。所以，回用高浓度复杂废水成为水处理应用上的一种趋势，同时也是一个技术难题。
[0003]2、高浓度复杂废水中含有高盐量COD、氨氮、酚、硫化物，并且含有毒性物质，具有较高的含油量和色度，现阶段高浓度复杂废水基本上都采用生物法和物化法进行处理，但是高盐度(TDS高于30000mg/l)对于生物有抑制作用，物化法无法处理。所以，回用高浓度复杂废水成为水处理应用上的一种趋势，同时也是一个技术难题。
[0004]3、现有的关于高浓度复杂废水回用的技术研宄、方法和原理存在一些问题，在中国专利号2012100775152、名称为《利用膜蒸馏处理工业废水的组合系统和方法》的技术，在工业反渗透浓排水的回收利用中，其特点为:包括依次连接的工业废水预处理子系统、反渗透系统和减压膜蒸馏系统，减压膜蒸馏装置呈两级分布。在反渗透浓水出口调节PH值，使其呈微酸性；在第一级减压膜蒸馏浓水出口加入阻垢剂，避免后续浓缩过程中的膜污染。上述工艺的缺点是:工艺流程较长，预处理工艺复杂，减压膜蒸馏装置呈两级分布，资源利用率低，成本高；尽管反渗透系统采取了过滤、加阻垢剂等预处理措施，但是水中的杂质仍会聚集在膜表面造成膜污染，降低膜的分离率和透水速率；在第一级减压膜蒸馏浓水出口加入阻垢剂，离子浓度太高，阻垢剂无法达到阻垢目的。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的是，克服现有技术的缺点，提供一种纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法。该方法是纳米膜技术与蒸馏技术相结合处理与回用高浓度复杂废水的方法，处理效率高，有效截留废水中的COD和无机盐离子；能量消耗低，可利用工业生产过程的余热作为渗透推动力；处理过程简单，运行稳定；该方法将水扩散通过一个纳米尺寸、固体分子的基质，从而实现废水的净化，提高废水的回收率。
[0006]本发明的另一个目的是，提供一种用于本发明纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法的设备，该设备整机占地少，结构紧密，操作简单，易于控制，容易维护，运行费用低；设备对废水中溶解性固体、氯、低PH值或生物污染不敏感，无需复杂的预处理工序，无膜结垢问题。
[0007]本发明的一种纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法技术方案是:
一种纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，它包括下述步骤:
A、调节原水的pH值:在反应装置中调节pH值，该调节是将高浓度复杂废水即原水注入到具有高浓度复杂废水调节池中，通过加药装置加入药剂来实现；
B、过滤分离废水:调节pH值的废水经过提升泵增压，再经过前置过滤器对废水中的固体颗粒物进行固液分离处理，并将经分离处理的废水送至保安过滤器进行过滤；
C、对过滤水进行升温:B步骤的过滤水进入热能回收装置回收利用余热，再进入换热器经过来自蒸汽管道的外来蒸汽将过滤水的水温提升；
D、纳米膜处理过滤水:C步骤升温处理的过滤水进入纳米膜蒸馏系统进行纳米膜蒸馏处理；该处理过程是:用真空泵对纳米膜蒸馏装置进行抽真空，形成冷、热两侧水的蒸汽压差，热侧的液相水在膜面汽化转移至冷侧，以水蒸汽的形式存在，为降低浓差极化和膜污染对系统运行的影响，热侧升温的过滤水通过管道与内循环泵联通；
E、余热回收和输出净化产品水:透过纳米膜蒸馏装置的水蒸汽进入热能回收装置，经过过滤水将产水进行降温，同时将过滤水加热，最后输出供回收利用的净化产品水。
[0008]进一步的技术方案是:
所述的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，所述原水，其中的污染物质包括高盐分、COD、氨氮、酚和硫化物；还有毒性物质和含油物质及有色度物质这三种物质中的一种，或2种，或3种。
[0009]所述的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，所述的高浓度复杂废水调节池，至少有一个加药装置；经调节PH值后注入到前置过滤器的废水pH值为5?8。
[0010]所述的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，所述的调节原水pH值步骤中，加入药剂至少有一组；所述药剂其成份为碱性，或者酸性，用于调节PH值。
[0011]所述的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，其步骤C中所述经过来自蒸汽管道的外来蒸汽将过滤水的水温提升是升到70°c ;所述外来蒸汽是来自厂区的余热蒸汽。
[0012]所述的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，其步骤E中所述经过过滤水将产水进行降温是从70°C降低到35°C。
[0013]用于本发明的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法的设备技术方案是: 一种用于本发明的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法的设备，按方法流程顺序通过管道连接的装置包括:联通原水的反应装置、提升泵、前置过滤器、保安过滤器、热能回收装置、换热器及纳米膜蒸馏系统；所述的反应装置包括高浓度复杂废水调节池和加药装置，用于调节原始废水的PH值；所述的前置过滤器用于将反应装置的固体颗粒分离出来，输出分离处理的废水；反应装置与前置过滤器之间连接有用于将经过反应装置的液体提升至前置过滤器作过滤处理的提升泵；保安过滤器进口连接前置过滤器，出口连接热能回收装置，用于去除细小微粒；换热器两进口分别与蒸汽管道和热能回收装置连接，用于升高过滤水的水温；纳米膜蒸馏系统中的纳米膜蒸馏装置用于将过滤水浓缩，真空泵用于对膜组件冷侧进行抽真空，形成蒸汽压差，从而使液相水转化为水蒸汽，内循环泵用于降低浓差极化对系统运行的影响；热能回收装置用于将透过纳米膜蒸馏装置的产水降温，同时将过滤水加热，最后生产出供回收利用的净化产品水。
[0014]进一步的技术方案是:
所述用于纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法的设备，其反应装置由一个或两个高浓度复杂废水调节池及至少一个加药装置组成。
[0015]所述用于纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法的设备，其换热器有两个进口，其中一个进口与热能回收装置连接，用于输入经热能回收的过滤水，另一个进口与蒸汽管道连接，用于输入外来蒸汽；有两个排放口，其中一个排放口与纳米膜过滤装置连接，用于输出经换热的蒸汽，另一个排放口为净化产品水的输出口。
[0016]所述用于纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法的设备，其热能回收装置有两个进口，其中一个进口与保安过滤器连接，用于输入保安过滤的过滤水，另一个进口与纳米膜过滤装置连接，用于输入升温的产水；有两个排放口，其中一个排放口与换热器连接，用于输出经热能回收的过滤水，另一个排放口为净化产品水的输出口。
[0017]对本发明纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法及设备的主要技术效果和基本原理说明如下:
1、本发明首先调节原水的pH值至5?8，再对废水进行预处理，去除来水中的悬浮物；这样，避免了对后续工艺的正常运行造成影响；
2、经过预处理的过滤水经过换热器升温(从35°C升高到70°C)，进入纳米膜蒸馏系统；在纳米膜组件中，纳米膜材料的一侧与过滤水直接接触，利用真空泵对膜组件冷侧抽真空，形成冷、热两侧水的蒸汽压差，热侧的液相水在膜面汽化转移至冷侧，从而使液相水转化为水蒸汽；热侧过滤水设计有内循环，能够降低浓差极化和膜污染对膜组件产生的影响；
3、透过膜组件产生的水蒸汽经过滤水冷凝(从70°C降低到35°C)后转化为液相纯净水，同时使过滤水升温回收汽化潜热，实现热能的回收；随着废水的不断流入，纳米膜蒸馏系统的污染物浓度逐渐升高，当达到设定值时，系统停止工作，将浓缩废水排出，系统开始下一步工作；
4、本发明中的纳米膜蒸馏装置的膜组件为疏水性的卷式膜，所以纳米膜蒸馏系统及其工艺大大减少调节池的占地面积；而且其膜组件为高选择性渗透膜，仅允许水分子通过，能够有效截留废水中的溶解性有机物和无机盐离子；
5、本发明中的纳米膜蒸馏装置与前述的设备一起组成对COD、氨氮、酚、硫化物、毒性物质、油及其它污染物的去除与分离工艺，无需复杂的预处理工序，除了少部分浓水之外，没有形成二次废水，COD能够浓缩到十万及以上，无机盐离子能够浓缩至20%以上；其分离驱动力为温度差，可利用工业生产过程的余热作为渗透推动力，即使是在低温差(低至3°C)的条件下也能良好运行；
6、本发明使废水通过一个纳米尺寸的膜组件，过水界面本身没有孔隙，无膜结垢的问题；
综上所述，本发明的原理是将进入纳米膜蒸馏系统之前的废水调节PH值，除去固体颗粒物，避免对后续工艺的正常运行造成影响；而且由于其纳米膜结构及特点，具有处理效率高、能量消耗低、处理过程简单、无膜结垢问题，且整机设备占地少、结构紧密、造作简单、运行费用低等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明废水处理与回用方法流程示意图；
图2是本发明废水处理与回用方法及设备示意图。
[0019]图中各附图标记的名称为:
1-反应装置；1.1-高浓度复杂废水调节池；1.2-加药装置；2_提升泵；3_前置过滤器；4_保安过滤器；5_热能回收装置；6_换热器；7_纳米膜蒸馏系统；7.1-纳米膜蒸馏装置；7.2内循环泵；7.3真空泵；8_原水；9_蒸汽管道；10_净化产品水。
【具体实施方式】
[0020]结合附图和实施例对本发明一种纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法及设备作进一步说明如下:
实施例1:是本发明的一种纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法基本实施例。如图1、2所示，它包括下述步骤:一种纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，它包括下述步骤:
A、调节原水的pH值:在反应装置I中调节pH值，该调节是将高浓度复杂废水即原水8注入到具有高浓度复杂废水调节池1.1中，通过加药装置1.2加入药剂来实现；
B、过滤分离废水:调节pH值的废水经过提升泵2增压，再经过前置过滤器3对废水中的固体颗粒物进行固液分离处理，并将经分离处理的废水送至保安过滤器4进行过滤；
C、对过滤水进行升温:B步骤的过滤水进入热能回收装置5回收利用余热，再进入换热器6经过来自蒸汽管道9的外来蒸汽将过滤水升到一定高度；
D、纳米膜处理过滤水:C步骤升温处理的过滤水进入纳米膜蒸馏系统7进行纳米膜蒸馏处理；该处理过程是:用真空泵7.3对纳米膜蒸馏装置7.1进行抽真空，形成冷、热两侧水的蒸汽压差，热侧的液相水在膜面汽化转移至冷侧，以水蒸汽的形式存在，为降低浓差极化和膜污染对系统运行的影响，热侧升温的过滤水通过管道与内循环泵7.2联通；
E、余热回收和输出净化产品水:透过纳米膜蒸馏装置7.1的水蒸汽进入热能回收装置5，经过过滤水将产水进行降温，同时将过滤水加热，最后输出供回收利用的净化产品水10。
[0021]实施例2:是在实施例1基础上的进一步实施例。所述原水8，其中的污染物质包括高盐分、COD、氨氮、酚和硫化物；还有毒性物质和含油物质及有色度物质这三种物质中的一种，或2种，或3种。所述的高浓度复杂废水调节池1.1，至少有一个加药装置1.2 ;经调节PH值后注入到前置过滤器2的废水pH值为5?8。所述的调节原水pH值步骤中，加入药剂至少有一组；所述药剂其成份为碱性，或者酸性，用于调节PH值；当原水8不需要调节PH值时，加药装置1.2可以不加药。所述的步骤C中所述经过来自蒸汽管道9的外来蒸汽将过滤水的水温提升是升到70°C;所述外来蒸汽是来自厂区的余热蒸汽。所述的步骤E中所述经过过滤水将产水进行降温是从70°C降低到35°C。
[0022]实施例3:是一种用于本发明的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法的设备基本实施例。如图2所示，所述设备，按方法流程顺序通过管道连接的装置有:联通原水8的反应装置1、提升泵2、前置过滤器3、保安过滤器4、热能回收装置5、换热器6及纳米膜蒸馏系统7 ;所述的反应装置I包括高浓度复杂废水调节池1.1和加药装置1.2，用于调节原始废水的PH值；所述的前置过滤器3用于将反应装置I的固体颗粒分离出来，输出分离处理的废水；反应装置I与前置过滤器3之间连接有用于将经过反应装置I的液体提升至前置过滤器3作过滤处理的提升泵2 ;保安过滤器4进口连接前置过滤器3，出口连接热能回收装置5，用于去除细小微粒，来满足后续工序对进水的要求；换热器6两进口分别与蒸汽管道9和热能回收装置5连接，用于升高过滤水的水温；纳米膜蒸馏系统7中的纳米膜蒸馏装置7.1用于将过滤水浓缩，真空泵7.2用于对膜组件冷侧进行抽真空，形成蒸汽压差，从而使液相水转化为水蒸汽，内循环泵7.1用于降低浓差极化对系统运行的影响；热能回收装置5用于将透过纳米膜蒸馏装置7.1的产水降温到35°C，同时将过滤水加热，最后生产出供回收利用的净化产品水10。
[0023]实施例4:是在实施例3的基础上进一步的实施例。所述反应装置I由一个或两个高浓度复杂废水调节池1.1及至少一个加药装置1.2组成。所述换热器6有两个进口，其中一个进口与热能回收装置5连接，用于输入经热能回收的过滤水，另一个进口与来自厂区的输送余热的蒸汽管道9连接，用于输入外来蒸汽；有两个排放口，其中一个排放口与纳米膜过滤装置7.1连接，用于输出经换热的蒸汽，另一个排放口为净化产品水10的输出口。所述热能回收装置5有两个进口，其中一个进口与保安过滤器4连接，用于输入保安过滤的过滤水，另一个进口与纳米膜过滤装置7.1连接，用于输入升温的产水；有两个排放口，其中一个排放口与换热器6连接，用于输出经热能回收的过滤水，另一个排放口为净化产品水10的输出口。
[0024]本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。
【权利要求】
1.一种纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，其特征在于，它包括下述步骤: 八、调节原水的邱值:在反应装置(1)中调节邱值，该调节是将高浓度复杂废水即原水(8)注入到具有高浓度复杂废水调节池(1.1)中，通过加药装置(1.2)加入药剂来实现； 8、过滤分离废水:调节邱值的废水经过提升泵(2)增压，再经过前置过滤器(3)对废水中的固体颗粒物进行固液分离处理，并将经分离处理的废水送至保安过滤器(4)进行过滤； 匕对过滤水进行升温步骤的过滤水进入热能回收装置(5)回收利用余热，再进入换热器(6)经过来自蒸汽管道(9)的外来蒸汽将过滤水的水温提升； 0、纳米膜处理过滤水4步骤升温处理的过滤水进入纳米膜蒸馏系统(7)进行纳米膜蒸馏处理；该处理过程是:用真空泵(7.3)对纳米膜蒸馏装置(7.1)进行抽真空，形成冷、热两侧水的蒸汽压差，热侧的液相水在膜面汽化转移至冷侧，以水蒸汽的形式存在，为降低浓差极化和膜污染对系统运行的影响，热侧升温的过滤水通过管道与内循环泵(7.2)联通； 2、余热回收和输出净化产品水:透过纳米膜蒸馏装置(7.1)的水蒸汽进入热能回收装置(5),经过过滤水将产水进行降温，同时将过滤水加热，最后输出供回收利用的净化产品水(10)0
2.根据权利要求1所述的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，其特征在于，所述原水(8),其中的污染物质包括高盐分、000、氨氮、酚和硫化物；还有毒性物质和含油物质及有色度物质这三种物质中的一种，或2种，或3种。
3.根据权利要求1或2所述的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，其特征在于，所述的高浓度复杂废水调节池(1.1),至少有一个加药装置(1.2)；经调节邱值后注入到前置过滤器(2)的废水邱值为5?8。
4.根据权利要求1所述的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，其特征在于，所述的调节原水1)?值步骤中，加入药剂至少有一组；所述药剂其成份为碱性，或者酸性，用于调节邱值。
5.根据权利要求1所述的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，其特征在于，步骤￠:中所述经过来自蒸汽管道(9)的外来蒸汽将过滤水的水温提升是提升到701:；所述外来蒸汽是来自厂区的余热蒸汽。
6.根据权利要求1所述的纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法，其特征在于，步骤2中所述经过过滤水将产水进行降温是从701:降低到351。
7.一种用于权利要求1纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法的设备，其特征在于，按方法流程顺序通过管道连接的装置包括:联通原水(8)的反应装置〔0、提升泵口)、前置过滤器(31保安过滤器“)、热能回收装置(51换热器(6)及纳米膜蒸馏系统(7)；所述的反应装置(1)包括高浓度复杂废水调节池(1.1)和加药装置(1.2),用于调节原始废水的1)?值；所述的前置过滤器(3)用于将反应装置(1)的固体颗粒分离出来，输出分离处理的废水；反应装置(1)与前置过滤器(3 )之间连接有用于将经过反应装置(1)的液体提升至前置过滤器(3 )作过滤处理的提升泵(2 )；保安过滤器(4 )进口连接前置过滤器(3 )，出口连接热能回收装置(5),用于去除细小微粒；换热器(6)两进口分别与蒸汽管道(9)和热能回收装置(5)连接，用于升高过滤水的水温；纳米膜蒸馏系统(7)中的纳米膜蒸馏装置(7.1)用于将过滤水浓缩，真空泵(7.2)用于对膜组件冷侧进行抽真空，形成蒸汽压差，从而使液相水转化为水蒸汽，内循环泵(7.1)用于降低浓差极化对系统运行的影响；热能回收装置(5)用于将透过纳米膜蒸馏装置(7.1)的产水降温，同时将过滤水加热，最后生产出供回收利用的净化产品水〔1(0。
8.根据权利要求7所述用于纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法的设备，其特征在于，所述的反应装置(1)由一个或两个高浓度复杂废水调节池(1.1)及至少一个加药装置(1.2)组成。
9.根据权利要求7所述用于纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法的设备，其特征在于，所述的换热器(6)有两个进口，其中一个进口与热能回收装置(5)连接，用于输入经热能回收的过滤水，另一个进口与蒸汽管道(9)连接，用于输入外来蒸汽；有两个排放口，其中一个排放口与纳米膜过滤装置(7.1)连接，用于输出经换热的蒸汽，另一个排放口为净化产品水(10)的输出口。
10.根据权利要求7所述用于纳米膜蒸馏处理与回用高浓度复杂废水方法的设备，其特征在于，所述的热能回收装置(5)有两个进口，其中一个进口与保安过滤器(4)连接，用于输入保安过滤的过滤水，另一个进口与纳米膜过滤装置(7.1)连接，用于输入升温的产水；有两个排放口，其中一个排放口与换热器(6 )连接，用于输出经热能回收的过滤水，另一个排放口为净化产品水(10)的输出口。
【文档编号】C02F9/10GK104445780SQ201410703851
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月30日 优先权日:2014年11月30日
【发明者】陈阳波, 翁欲晓, 周植宏, 陈雪菲 申请人:武汉尚远环保股份有限公司